(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023131771
(43)【公開日】2023-09-22
(54)【発明の名称】プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/00 20060101AFI20230914BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20230914BHJP
C23C 16/505 20060101ALI20230914BHJP
H05H 1/46 20060101ALN20230914BHJP
【ＦＩ】
H05H1/00 A
H01L21/302 103
C23C16/505
H05H1/46 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022036720
(22)【出願日】2022-03-10
(71)【出願人】
【識別番号】000231464
【氏名又は名称】株式会社アルバック
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】土居 謙太
(72)【発明者】
【氏名】中村 敏幸
【テーマコード（参考）】
2G084
4K030
5F004
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084AA04
2G084AA05
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD03
2G084DD13
2G084DD38
2G084DD53
2G084DD55
2G084HH02
2G084HH29
2G084HH32
2G084HH34
2G084HH42
2G084HH45
2G084HH56
4K030FA01
4K030HA11
4K030JA11
4K030JA18
4K030KA30
4K030KA39
5F004BA20
5F004CA03
5F004CA06
5F004CB07
5F004CB20
(57)【要約】
【課題】プラズマが生成されるタイミングに対して、バイアス電極に向けた高周波電力を好適なタイミングで出力可能としたプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】パルス生成部４０から繰り返し出力される第１パルスに基づいて、アンテナ用電源２３がＩＣＰアンテナ２１に第１高周波電力を間欠的に出力することでプラズマＰを生成し、今回の第１パルスによるプラズマＰの生成が開始されたことを検知部５０によって検知し、今回の第１パルスの立ち上りから検知部５０がプラズマＰの生成開始を検知するまでの遅延期間を算出し、遅延期間を算出した後に出力される第１パルスの立ち上りから起算して遅延期間が経過した時点を基準として、パルス生成部４０から繰り返し出力される第２パルスに基づいて、バイアス用電源３３がバイアス電極３１に第２高周波電力を出力する。
【選択図】図１
【解決手段】パルス生成部４０から繰り返し出力される第１パルスに基づいて、アンテナ用電源２３がＩＣＰアンテナ２１に第１高周波電力を間欠的に出力することでプラズマＰを生成し、今回の第１パルスによるプラズマＰの生成が開始されたことを検知部５０によって検知し、今回の第１パルスの立ち上りから検知部５０がプラズマＰの生成開始を検知するまでの遅延期間を算出し、遅延期間を算出した後に出力される第１パルスの立ち上りから起算して遅延期間が経過した時点を基準として、パルス生成部４０から繰り返し出力される第２パルスに基づいて、バイアス用電源３３がバイアス電極３１に第２高周波電力を出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物をプラズマによって処理するプラズマ処理方法であって、
パルス生成部が第１パルスを第１高周波電源に繰り返し出力することと、
前記第１高周波電源が、前記第１パルスに基づいて第１電極に第１高周波電力を間欠的に出力することで前記プラズマを生成することと、
今回の前記第１パルスによる前記プラズマの生成が開始されたことを検知部によって検知することと、
前記今回の前記第１パルスの立ち上りから前記検知部が前記プラズマの生成開始を検知するまでの期間である遅延期間を算出することと、
前記遅延期間を算出した後に出力される前記第１パルスの立ち上りから起算して前記遅延期間が経過した時点を基準として、前記パルス生成部が第２パルスを第２高周波電源に繰り返し出力することと、
前記第２高周波電源が、前記第２パルスに基づいて第２電極に第２高周波電力を出力することで、前記プラズマから前記対象物にイオンを引き込むことと、を含む
プラズマ処理方法。
パルス生成部が第１パルスを第１高周波電源に繰り返し出力することと、
前記第１高周波電源が、前記第１パルスに基づいて第１電極に第１高周波電力を間欠的に出力することで前記プラズマを生成することと、
今回の前記第１パルスによる前記プラズマの生成が開始されたことを検知部によって検知することと、
前記今回の前記第１パルスの立ち上りから前記検知部が前記プラズマの生成開始を検知するまでの期間である遅延期間を算出することと、
前記遅延期間を算出した後に出力される前記第１パルスの立ち上りから起算して前記遅延期間が経過した時点を基準として、前記パルス生成部が第２パルスを第２高周波電源に繰り返し出力することと、
前記第２高周波電源が、前記第２パルスに基づいて第２電極に第２高周波電力を出力することで、前記プラズマから前記対象物にイオンを引き込むことと、を含む
プラズマ処理方法。
【請求項2】
前記検知部は、フォトダイオードによって、前記プラズマの発光開始を前記プラズマの生成開始として検知する
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項3】
前記検知部は、前記第１高周波電力の出力に伴って生じる反射電力が、前記プラズマの生成に伴って減少したことに基づいて、前記プラズマが生成されはじめたことを検知する
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項4】
前記今回の前記第１パルスは、前記第１パルスの出力が開始されてから前記プラズマの生成が安定するための所定の安定化期間が経過した後の前記第１パルスである
請求項１ないし３のうち何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
請求項１ないし３のうち何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項5】
前記対象物が変わるごとに、前記遅延期間を算出する
請求項１ないし４のうち何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
請求項１ないし４のうち何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項6】
対象物をプラズマによって処理するためのプラズマ処理装置であって、
前記プラズマを生成するための第１高周波電力を第１電極に出力する第１高周波電源と、
前記プラズマから前記対象物にイオンを引き込むための第２高周波電力を第２電極に出力する第２高周波電源と、
前記第１高周波電源に前記第１高周波電力を間欠的に出力させる第１パルスの出力を繰り返すとともに、前記第２高周波電源に前記第２高周波電力を間欠的に出力させる第２パルスの出力を繰り返すパルス生成部と、
前記プラズマの生成が開始されたことを検知する検知部と、を備え、
前記パルス生成部は、
今回の前記第１パルスの立ち上がりから前記検知部が前記今回の前記第１パルスによる前記プラズマの生成開始を検知するまでの期間である遅延期間を算出する演算部を備え、
前記遅延期間を算出した後に出力される前記第１パルスの立ち上りから起算して前記遅延期間が経過した時点を基準として、前記第２パルスを出力する
プラズマ処理装置。
前記プラズマを生成するための第１高周波電力を第１電極に出力する第１高周波電源と、
前記プラズマから前記対象物にイオンを引き込むための第２高周波電力を第２電極に出力する第２高周波電源と、
前記第１高周波電源に前記第１高周波電力を間欠的に出力させる第１パルスの出力を繰り返すとともに、前記第２高周波電源に前記第２高周波電力を間欠的に出力させる第２パルスの出力を繰り返すパルス生成部と、
前記プラズマの生成が開始されたことを検知する検知部と、を備え、
前記パルス生成部は、
今回の前記第１パルスの立ち上がりから前記検知部が前記今回の前記第１パルスによる前記プラズマの生成開始を検知するまでの期間である遅延期間を算出する演算部を備え、
前記遅延期間を算出した後に出力される前記第１パルスの立ち上りから起算して前記遅延期間が経過した時点を基準として、前記第２パルスを出力する
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ処理装置の一例であるエッチング装置は、プラズマを生成するための第１電極と、プラズマから処理対象物にイオンを引き込むための第２電極とを備える。さらに、エッチング装置は、第１電極に高周波電力を出力する第１高周波電源と、第２電極に高周波電力を出力する第２高周波電源と、第１高周波電源及び第２高周波電源の出力タイミングを制御するパルス生成部とを備える。第１高周波電源は、パルス生成部から出力される第１パルスに基づいて第１電極に高周波電力を間欠的に出力する。これにより、プラズマが間欠的に生成される。第２高周波電源は、パルス生成部から出力される第２パルスに基づいて第２電極に高周波電力を間欠的に出力する。これにより、プラズマから処理対象物にイオンを引き込む。パルス生成部は、第１高周波電源が電力を出力するタイミングを第１パルスによって制御するとともに、第２高周波電源が電力を出力するタイミングを第２パルスによって制御する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１０７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
第２高周波電源が第２電極に高周波電力を出力するタイミングは、プラズマからイオンを好適に引き込むために、プラズマが生成されるタイミングに対して適切に設定されることが好ましい。一方、パルス生成部から第１パルスが出力されてからプラズマが生成されるまでの時間は、ガス種やガス圧、高周波電力の大きさなどの各種の処理条件によって変わる。また、第１パルスが出力されてからプラズマが生成されるまでの時間は、設定された処理条件が仮に同じであっても、プラズマが生成されるチャンバ内の雰囲気のわずかな差異によっても変わる。そのため、第２高周波電源による第２電極への電力の出力は、プラズマが生成されるタイミングに対して意図したタイミングからずれる場合がある。なお、このような実情は、エッチング装置に限らず、第１高周波電源を間欠的に出力し、かつ第２高周波電源を間欠的に出力するスパッタ装置やＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置にも共通する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するためのプラズマ処理方法は、対象物をプラズマによって処理するプラズマ処理方法であって、パルス生成部が第１パルスを第１高周波電源に繰り返し出力することと、前記第１高周波電源が、前記第１パルスに基づいて第１電極に第１高周波電力を間欠的に出力することで前記プラズマを生成することと、今回の前記第１パルスによる前記プラズマの生成が開始されたことを検知部によって検知することと、前記今回の前記第１パルスの立ち上りから前記検知部が前記プラズマの生成開始を検知するまでの期間である遅延期間を算出することと、前記遅延期間を算出した後に出力される前記第１パルスの立ち上りから起算して前記遅延期間が経過した時点を基準として、前記パルス生成部が第２パルスを第２高周波電源に繰り返し出力することと、前記第２高周波電源が、前記第２パルスに基づいて第２電極に第２高周波電力を出力することで、前記プラズマから前記対象物にイオンを引き込むことと、を含む。
【0006】
上記方法によれば、第１パルスが出力されてからプラズマが生成されはじめるまでに、プラズマの処理条件、処理環境に依存するような遅延があったとしても、プラズマが生成されはじめるタイミングに基づいて第２高周波電力を出力できる。
【0007】
上記プラズマ処理方法において、前記検知部は、フォトダイオードによって、前記プラズマの発光開始を前記プラズマの生成開始として検知してもよい。上記方法によれば、フォトダイオードによって、プラズマが生成されはじめたことを好適に検知できる。
【0008】
上記プラズマ処理方法において、前記検知部は、前記第１高周波電力の出力に伴って生じる反射電力が、前記プラズマの生成に伴って減少したことに基づいて、前記プラズマが生成されはじめたことを検知してもよい。上記方法によれば、プラズマの生成に伴って反射電力が減少するタイミングに基づいて、プラズマが生成されはじめたことを好適に検知できるとともに、プラズマの生成開始のタイミングに基づいて第２高周波電力を出力できる。
【0009】
上記プラズマ処理方法において、前記今回の前記第１パルスは、前記第１パルスの出力が開始されてから前記プラズマの生成が安定するための所定の安定化期間が経過した後の前記第１パルスであることが好ましい。上記方法によれば、第１パルスに基づくプラズマの生成が安定した状態での遅延期間を算出することで、安定した状態での遅延期間をより正確に算出できる。ひいては、遅延期間の採用によって得られる効果の再現性が高まる。
【0010】
上記プラズマ処理方法において、前記対象物が変わるごとに、前記遅延期間を算出することが好ましい。上記方法によれば、対象物の交換に伴って処理環境が変化した場合でも、第１パルスの立ち上がりから起算して遅延期間が経過した時点と、プラズマが生成される時点との差が対象物ごとにばらつくことを抑制できる。
【0011】
上記課題を解決するためのプラズマ処理装置は、対象物をプラズマによって処理するためのプラズマ処理装置であって、前記プラズマを生成するための第１高周波電力を第１電極に出力する第１高周波電源と、前記プラズマから前記対象物にイオンを引き込むための第２高周波電力を第２電極に出力する第２高周波電源と、前記第１高周波電源に前記第１高周波電力を間欠的に出力させる第１パルスの出力を繰り返すとともに、前記第２高周波電源に前記第２高周波電力を間欠的に出力させる第２パルスの出力を繰り返すパルス生成部と、前記プラズマの生成が開始されたことを検知する検知部と、を備え、前記パルス生成部は、今回の前記第１パルスの立ち上がりから前記検知部が前記今回の前記第１パルスによる前記プラズマの生成開始を検知するまでの期間である遅延期間を算出する演算部を備え、前記遅延期間を算出した後に出力される前記第１パルスの立ち上りから起算して前記遅延期間が経過した時点を基準として、前記第２パルスを出力する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態におけるエッチング装置の装置構成を示す模式図である。
【図2】第１実施形態におけるパルス生成部の構成を示すブロック図である。
【図3】第１実施形態におけるプラズマ処理を開始する際の手順を示すフローチャートである。
【図4】第１実施形態における第１パルスと第１高周波電力とプラズマ密度との対応関係を示す図である。
【図5】第１実施形態における第１パルスとプラズマ密度と第２パルスと第２高周波電力との対応関係を示す図である。
【図6】第２実施形態におけるエッチング装置の装置構成を示す模式図である。
【図7】第２実施形態における第１パルスと第１高周波電力とプラズマ密度と反射電力との対応関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
【0014】
［エッチング装置］
図１に示すように、プラズマ処理装置の一例であるエッチング装置１０は、有底筒体形状を有したチャンバ本体１１と、チャンバ本体１１の上側開口を封止する誘電窓１２とを備える。チャンバ本体１１及び誘電窓１２は、チャンバ空間１１Ｓを区画する。チャンバ空間１１Ｓには、ステージ１３が収納される。ステージ１３は、プラズマ処理によってエッチングされる対象物の一例である基板Ｓを保持する。
図１に示すように、プラズマ処理装置の一例であるエッチング装置１０は、有底筒体形状を有したチャンバ本体１１と、チャンバ本体１１の上側開口を封止する誘電窓１２とを備える。チャンバ本体１１及び誘電窓１２は、チャンバ空間１１Ｓを区画する。チャンバ空間１１Ｓには、ステージ１３が収納される。ステージ１３は、プラズマ処理によってエッチングされる対象物の一例である基板Ｓを保持する。
【0015】
チャンバ本体１１は、アルミ等の金属構造体である。誘電窓１２は、石英からなる基材と、アルミナなどのセラミック溶射膜からなる被覆部とを備える。被覆部は、基材におけるチャンバ空間１１Ｓ側の表面を被覆する。
【0016】
チャンバ本体１１は、排気ポート１１Ｐ１とガス供給ポート１１Ｐ２とを備える。排気ポート１１Ｐ１には、チャンバ空間１１Ｓから流体を排気する排気部１４が接続されている。排気部１４は、例えば、チャンバ空間１１Ｓの圧力を調整する圧力調整弁や各種のポンプから構成される。ガス供給ポート１１Ｐ２には、チャンバ空間１１Ｓにエッチングガスを流すガス供給部１５が接続される。ガス供給部１５は、例えば、エッチングガスを供給するマスフローコントローラである。エッチングガスは、例えば、フッ素含有ガス、塩素含有ガス、ホウ素含有ガス等のハロゲンガスである。
【0017】
誘電窓１２に対してチャンバ空間１１Ｓとは反対側には、第１電極の一例であるＩＣＰアンテナ２１が配置される。ＩＣＰアンテナ２１は、例えば、基板Ｓの周方向に２回半巻き回された渦巻き形状を各段に有する２段のコイルから構成される。ＩＣＰアンテナ２１は、渦巻き形状における外側の端部である入力端２１Ｉと、渦巻き形状における中心側の端部である出力端２１Ｏとを備える。
【0018】
ＩＣＰアンテナ２１の入力端２１Ｉには、アンテナ用整合器２２を介して、アンテナ用電源２３が接続される。アンテナ用電源２３は、第１高周波電源の一例である。アンテナ用電源２３は、第１高周波電力を出力する。第１高周波電力は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。
【0019】
アンテナ用整合器２２は、マッチング回路の一例である。アンテナ用整合器２２は、アンテナ用電源２３の出力インピーダンスと、第１高周波電力が入力される負荷の入力インピーダンスとを整合させることで、負荷による反射電力を抑える機能を有する。アンテナ用整合器２２は、一例として、可変容量キャパシタと固定容量キャパシタとを備える。
【0020】
ＩＣＰアンテナ２１の出力端２１Ｏは、コンデンサ２４を介して接地端に接続される。コンデンサ２４は、ＩＣＰアンテナ２１の出力端２１Ｏが接地電位に接続された構成と比べて、出力端２１Ｏにおける電位の振幅を増大させる機能を有する。コンデンサ２４は、ＩＣＰアンテナ２１の高周波電圧によって、チャンバ空間１１Ｓ内のプラズマＰがＩＣＰアンテナ２１と容量性結合することで発生するプラズマ密度の不均一性を最小にするように、ＩＣＰアンテナ２１にかかる電圧分布を調整する。コンデンサ２４が取り得る容量値は、例えば、１０ｐＦ以上１０００ｐＦ以下である。
【0021】
誘電窓１２の外周には、チャンバ空間１１Ｓに磁気中性線を形成する磁場コイル２５が配置される。磁場コイル２５は、上段コイル２５Ａ、中段コイル２５Ｂ、及び下段コイル２５Ｃを備える。
【0022】
磁場コイル２５を構成する３つのコイルの各々には、磁気中性線を形成するための電流を供給する電流源２６が別々に接続される。上段コイル２５Ａには、上段電流源２６Ａが接続される。中段コイル２５Ｂには、中段電流源２６Ｂが接続される。下段コイル２５Ｃには、下段電流源２６Ｃが接続される。上段電流源２６Ａと下段電流源２６Ｃとは、相互に同じ向きの電流を、それぞれの供給先である上段コイル２５Ａ及び下段コイル２５Ｃに出力する。中段電流源２６Ｂは、それ以外の他の電流源とは逆向きの電流を中段コイル２５Ｂに出力する。各電流源２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおいては、チャンバ空間１１Ｓに磁気中性線が形成されるように、各電流の流れる方向と各電流の大きさとが設定される。
【0023】
ステージ１３には、バイアス電極３１が内蔵される。バイアス電極３１は、第２電極の一例である。バイアス電極３１は、バイアス用整合器３２を介してバイアス用電源３３に接続される。バイアス用電源３３は、第２高周波電源の一例である。バイアス用電源３３は、第２高周波電力を出力する。第２高周波電力は、例えば、１２．５ＭＨｚ、２ＭＨｚまたは４００ｋＨｚである。バイアス用整合器３２は、バイアス用電源３３の出力インピーダンスと、第２高周波電力が入力される負荷の入力インピーダンスとを整合させることで、負荷による反射電力を抑える機能を有する。
【0024】
チャンバ空間１１Ｓにエッチングガスが供給された状態でＩＣＰアンテナ２１に第１高周波電力を供給することで、チャンバ空間１１ＳにはプラズマＰが生成される。プラズマＰは、一例として、誘導結合プラズマである。チャンバ空間１１ＳにプラズマＰが生成された状態でバイアス電極３１に第２高周波電力を供給することで、プラズマＰから基板Ｓにイオンを引き込む。
【0025】
エッチング装置１０は、パルス生成部４０と、受光素子５０とを備える。パルス生成部４０は、アンテナ用電源２３とバイアス用電源３３との各々にパルス信号を出力することで、アンテナ用電源２３とバイアス用電源３３とを制御する。受光素子５０は、チャンバ空間１１Ｓ内でプラズマＰが生成されはじめたことをプラズマＰの発光によって検知してパルス生成部４０に通知する検知部の一例である。受光素子５０は、一例として、プラズマＰが生成されはじめたときに、プラズマＰの発光開始に従って電気信号を出力するフォトダイオードである。
【0026】
エッチング装置１０は、一例として、以下のエッチング条件を用いてプラズマＰの生成を行う。なお、エッチング条件は、以下の条件に限定されるものではない。
［エッチング条件］
・基板 ：サファイア基板
・第１高周波電力 ：２１００Ｗ
・第１高周波電力の周波数：１３．５６ＭＨｚ
・第２高周波電力 ：１０００Ｗ
・第２高周波電力の周波数：１２．５ＭＨｚ
・エッチングガス ：ＢＣｌ３
・エッチングガス流量 ：１５０ｓｃｃｍ
［パルス生成部］
図２に示すように、パルス生成部４０は、制御部４１と、記憶部４２と、第１生成部４３と、第２生成部４４と、受信部４５とを備える。制御部４１は、パルス生成部４０の各部の駆動を制御する。制御部４１は、一例としてＣＰＵである。記憶部４２は、制御部４１がパルス生成部４０の各部を制御するためのプログラム及び処理条件を記憶する。
［エッチング条件］
・基板 ：サファイア基板
・第１高周波電力 ：２１００Ｗ
・第１高周波電力の周波数：１３．５６ＭＨｚ
・第２高周波電力 ：１０００Ｗ
・第２高周波電力の周波数：１２．５ＭＨｚ
・エッチングガス ：ＢＣｌ３
・エッチングガス流量 ：１５０ｓｃｃｍ
［パルス生成部］
図２に示すように、パルス生成部４０は、制御部４１と、記憶部４２と、第１生成部４３と、第２生成部４４と、受信部４５とを備える。制御部４１は、パルス生成部４０の各部の駆動を制御する。制御部４１は、一例としてＣＰＵである。記憶部４２は、制御部４１がパルス生成部４０の各部を制御するためのプログラム及び処理条件を記憶する。
【0027】
第１生成部４３は、アンテナ用電源２３を制御するための第１パルスを出力する。アンテナ用電源２３は、第１パルスに基づいて第１高周波電力を出力する。第２生成部４４は、バイアス用電源３３を制御するための第２パルスを出力する。バイアス用電源３３は、第２パルスに基づいて第２高周波電力を出力する。第２生成部４４は、第１生成部４３が第１パルスを出力してから所定の期間が経過した後に、第２パルスを出力する。
【0028】
受信部４５は、受光素子５０がチャンバ空間１１Ｓ内でプラズマＰが生成されはじめたことを検知したときに、受光素子５０から出力される電気信号を受信する。制御部４１が備える演算部４１Ａは、今回の第１パルスの立ち上がりから起算して、受光素子５０が今回の第１パルスによるプラズマＰの生成開始を検知するまでに要した時間である遅延期間ＴＤ（図４参照）を算出する。
【0029】
［プラズマ処理開始手順］
図３に示すように、プラズマ処理を開始する手順は、ステップＳ１～Ｓ６の手順を含む。ステップＳ１において、制御部４１は、第１パルスの出力を開始する処理を第１生成部４３に実行させる。ステップＳ２において、アンテナ用電源２３は、第１生成部４３から出力された第１パルスの立ち上がりに基づいて第１高周波電力の出力を開始する。第１高周波電力が出力されると、チャンバ空間１１Ｓ内にプラズマＰが発生する。ステップＳ３において、受光素子５０は、プラズマＰの生成開始を検知したことを示す信号をパルス生成部４０の受信部４５に送信する。
図３に示すように、プラズマ処理を開始する手順は、ステップＳ１～Ｓ６の手順を含む。ステップＳ１において、制御部４１は、第１パルスの出力を開始する処理を第１生成部４３に実行させる。ステップＳ２において、アンテナ用電源２３は、第１生成部４３から出力された第１パルスの立ち上がりに基づいて第１高周波電力の出力を開始する。第１高周波電力が出力されると、チャンバ空間１１Ｓ内にプラズマＰが発生する。ステップＳ３において、受光素子５０は、プラズマＰの生成開始を検知したことを示す信号をパルス生成部４０の受信部４５に送信する。
【0030】
ここで、図４を参照して、ステップＳ１～Ｓ３における第１パルスと、第１高周波電力と、プラズマ密度との対応関係を説明する。
図４に示すグラフ１００中の曲線１０１は、第１パルスを表す。第１パルスは、所定の第１周波数を有する矩形波である。第１周波数は、例えば、１０Ｈｚ以上５０ｋＨｚ以下である。第１パルスは、所定の第１周期ＴＣ１を１周期として、パルス信号がオンの状態の第１オン期間ＴＯＮ１と、パルス信号がオフの状態の第１オフ期間ＴＯFF１とが、所定の間隔で繰り返される。第１パルスは、時刻Ｔ０に立ち上がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１が開始される。その後、第１パルスは、時刻Ｔ１に立ち下がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１から第１オフ期間ＴＯFF１に切り替わる。そして、第１パルスは、時刻Ｔ２に再び第１オン期間ＴＯＮ１を開始する。すなわち、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２までの期間が第１周期ＴＣ１に相当する。また、第１周期ＴＣ１に対する第１オン期間ＴＯＮ１の割合である第１デューティー比は、一例として、１０％以上９０％以下である。
図４に示すグラフ１００中の曲線１０１は、第１パルスを表す。第１パルスは、所定の第１周波数を有する矩形波である。第１周波数は、例えば、１０Ｈｚ以上５０ｋＨｚ以下である。第１パルスは、所定の第１周期ＴＣ１を１周期として、パルス信号がオンの状態の第１オン期間ＴＯＮ１と、パルス信号がオフの状態の第１オフ期間ＴＯFF１とが、所定の間隔で繰り返される。第１パルスは、時刻Ｔ０に立ち上がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１が開始される。その後、第１パルスは、時刻Ｔ１に立ち下がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１から第１オフ期間ＴＯFF１に切り替わる。そして、第１パルスは、時刻Ｔ２に再び第１オン期間ＴＯＮ１を開始する。すなわち、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２までの期間が第１周期ＴＣ１に相当する。また、第１周期ＴＣ１に対する第１オン期間ＴＯＮ１の割合である第１デューティー比は、一例として、１０％以上９０％以下である。
【0031】
グラフ１００中の曲線１０２は、第１高周波電力が出力されるタイミングを模式的に表す。アンテナ用電源２３は、第１パルスの第１オン期間ＴＯＮ１と対応する時間の間、第１高周波電力を出力する。第１高周波電力は、第１パルスが出力される時刻Ｔ０から、第１出力遅延期間ＴＤ１の分だけ遅れた時刻Ｔ３に出力が開始される。第１出力遅延期間ＴＤ１は、アンテナ用電源２３の制御時定数による遅延である。第１出力遅延期間ＴＤ１は、アンテナ用電源２３毎に固有である。
【0032】
グラフ１００中の曲線１０３は、プラズマ密度の大きさを表す。プラズマＰは、第１高周波電力が出力される時刻Ｔ３から、プラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２の分だけ遅れた時刻Ｔ４に生成されはじめる。プラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２は、第１高周波電力が出力されてから、プラズマＰが生成されはじめるまでに要する時間である。プラズマＰは、第１パルスが出力される時刻Ｔ０から起算して、第１出力遅延期間ＴＤ１とプラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２との合計である遅延期間ＴＤが経過したタイミングに生成されはじめる。プラズマＰは、第１周波数と対応する間隔で間欠的に生成される。
【0033】
プラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２は、ガス種やガス圧、電力などの処理条件によって変わる。また、プラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２は、設定された処理条件が仮に同じでも、プラズマＰが生成されるチャンバ内の雰囲気のわずかな差異によっても変わる。なお、処理条件によっては、プラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２がほとんど確認されない場合もある。
【0034】
図３に戻り、ステップＳ４において、演算部４１Ａは、受信部４５が受信した受光素子５０からの信号に基づいて、第１パルスが立ち上がった時刻Ｔ０から起算して、受光素子５０がプラズマＰの生成開始を検知するまでに要した遅延期間ＴＤを算出する。演算部４１Ａが算出した遅延期間ＴＤは、第１パルスが立ち上がった時刻Ｔ０から起算して、プラズマＰが生成されはじめた時刻Ｔ４までの期間と一致する。演算部４１Ａが算出した遅延期間ＴＤは、記憶部４２に記憶される。
【0035】
なお、ステップＳ４の遅延期間ＴＤを算出する処理は、ステップＳ１で第１パルスの出力が開始されてから起算してプラズマＰの生成が安定するための所定の安定化期間が経過した後に受光素子５０が検知した結果に基づいて行うことが好ましい。安定化期間は、一例として、１秒以上５秒以下である。プラズマＰの生成が安定した状態での遅延期間ＴＤを算出することで、第１パルスの立ち上がりから起算して遅延期間ＴＤが経過した時点と、プラズマＰが生成されはじめる時点との差を小さくすることができる。
【0036】
遅延期間ＴＤは、第１パルスの立ち上がりからプラズマＰの生成開始までに要した時間を一度だけ算出することで得られてもよい。遅延期間ＴＤは、第１パルスの立ち上がりからプラズマＰの生成開始までに要した時間を複数回算出した結果の平均値を求めることで得られてもよい。
【0037】
ステップＳ４で遅延期間ＴＤが算出された後、ステップＳ５において、制御部４１は、第２パルスの出力を開始する処理を第２生成部４４に実行させる。第２パルスは、第１パルスの立ち上がりから起算して遅延期間ＴＤが経過した時点を基準として、任意のタイミングで立ち上がるように出力される。ステップＳ６において、バイアス用電源３３は、第２生成部４４から出力された第２パルスに基づいて第２高周波電力の出力を開始する。以上の手順によって、プラズマ処理が開始される。
【0038】
ここで、図５を参照して、ステップＳ５以降における第１パルスと、プラズマ密度と、第２パルスと、第２高周波電力との対応関係を説明する。
図５に示すグラフ２００中の曲線２０１は、第１パルスを表す。曲線２０２は、プラズマ密度の大きさを表す。ステップＳ５以降において、第１パルスは、時刻Ｔ５でパルス波が立ち上がって第１オン期間ＴＯＮ１が開始される。また、プラズマＰは、時刻Ｔ５から遅延期間ＴＤの分だけ遅れた時刻Ｔ６に生成されはじめる。なお、曲線２０１の形状は、図４に示す曲線１０１の形状とほぼ同じである。曲線２０２の形状は、図４に示す曲線１０２の形状とほぼ同じである。また、時刻Ｔ５は、ステップＳ４で遅延期間ＴＤが算出された後の時刻である。
図５に示すグラフ２００中の曲線２０１は、第１パルスを表す。曲線２０２は、プラズマ密度の大きさを表す。ステップＳ５以降において、第１パルスは、時刻Ｔ５でパルス波が立ち上がって第１オン期間ＴＯＮ１が開始される。また、プラズマＰは、時刻Ｔ５から遅延期間ＴＤの分だけ遅れた時刻Ｔ６に生成されはじめる。なお、曲線２０１の形状は、図４に示す曲線１０１の形状とほぼ同じである。曲線２０２の形状は、図４に示す曲線１０２の形状とほぼ同じである。また、時刻Ｔ５は、ステップＳ４で遅延期間ＴＤが算出された後の時刻である。
【0039】
グラフ２００中の曲線２０３は、第２パルスを表す。第２パルスは、所定の第２周波数を有する矩形波である。第２周波数は、第１周波数と同じか、もしくは、第１周波数を２以上の自然数で割った値である。換言すると、第１周波数は、第２周波数に対して自然数を乗した値である。なお、図５では、第２周波数が第１周波数と等しい場合を図示している。第２パルスは、所定の第２周期ＴＣ２を１周期として、パルス信号がオンの状態の第２オン期間ＴＯＮ２と、パルス信号がオフの状態の第２オフ期間ＴＯFF２とが、所定の間隔で繰り返される。第１周波数と第２周波数とが等しい場合、第２周期ＴＣ２に対する第２オン期間ＴＯＮ２の割合である第２デューティー比は、一例として、第１デューティー比と同じか、もしくは第１デューティー比よりも小さい。第２デューティー比は、一例として、例えば１０％以上９０％以下である。なお、第２周波数が第１周波数よりも小さい場合、第２デューティー比は、第１デューティー比よりも小さくなる。
【0040】
第２パルスは、時刻Ｔ７でパルス波が立ち上がって第２オン期間ＴＯＮ２が開始された後、時刻Ｔ８でパルス波が立ち下がって第２オン期間ＴＯＮ２から第２オフ期間ＴＯFF２に切り替わる。時刻Ｔ７は、第１パルスが立ち上がった時刻Ｔ５から起算して遅延期間ＴＤが経過した時点を基準として設定される。時刻Ｔ５から起算して遅延期間ＴＤが経過した時点は、プラズマＰが生成されはじめるタイミングである時刻Ｔ６とほぼ一致する。なお、図５では、時刻Ｔ７が時刻Ｔ６とほぼ同時である場合を図示しているが、時刻Ｔ７を時刻Ｔ６に対して第２周期ＴＣ２を超えない範囲で所定の期間遅らせた時刻としてもよい。
【0041】
グラフ２００中の曲線２０４は、第２高周波電力が出力されるタイミングを模式的に表す。バイアス用電源３３は、第２パルスの第２オン期間ＴＯＮ２と対応する時間の間、第２高周波電力を出力する。第２高周波電力は、第２パルスが出力される時刻Ｔ７から、第２出力遅延期間ＴＤ３の分だけ遅れた時刻Ｔ９に出力が開始される。第２出力遅延期間ＴＤ３は、バイアス用電源３３の制御時定数による遅延である。第２出力遅延期間ＴＤ３は、バイアス用電源３３毎に固有である。以上の手順によって、プラズマＰが生成されはじめるタイミングに基づいて第２高周波電力が出力される。
【0042】
なお、時刻Ｔ７を時刻Ｔ６に対して所定の期間遅らせた時刻とする場合、第２出力遅延期間ＴＤ３がバイアス用電源３３毎に固有であるから、第２出力遅延期間ＴＤ３を考慮したうえで時刻Ｔ７を設定すればよい。
【0043】
ステップＳ１～Ｓ４における遅延期間ＴＤの算出は、ガス種、ガス圧、電力などの処理条件や長時間の使用に伴う処理環境の変化によってプラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２が大きく変化する度に行われることが好ましい。例えば、処理対象物である基板Ｓの処理を開始する際に遅延期間ＴＤを算出してプラズマ処理を行った後、別の基板Ｓの処理を開始する際に再度遅延期間ＴＤを算出してプラズマ処理を行うことが好ましい。この場合、長時間の使用や基板Ｓの交換に伴って処理環境が変化しても、第１パルスの立ち上がりから起算して遅延期間ＴＤが経過した時点と、プラズマＰが生成されはじめる時点との差に生じ得るばらつきを小さくすることができる。
【0044】
［第１実施形態の効果］
上記第１実施形態によれば以下に列挙する効果を得ることができる。
（１－１）第１パルスが出力されてからプラズマＰが生成開始するまでに、プラズマＰの処理条件、処理環境に依存するような遅延があったとしても、プラズマＰが生成開始するタイミングに基づいて第２高周波電力を出力できる。
上記第１実施形態によれば以下に列挙する効果を得ることができる。
（１－１）第１パルスが出力されてからプラズマＰが生成開始するまでに、プラズマＰの処理条件、処理環境に依存するような遅延があったとしても、プラズマＰが生成開始するタイミングに基づいて第２高周波電力を出力できる。
【0045】
（１－２）検知部として、フォトダイオードのような受光素子５０を用いることで、プラズマＰが生成されはじめたことを、光電効果によって好適に検知できる。これにより、プラズマＰの生成開始に対する応答性を高めることで、遅延期間ＴＤをより正確に算出できる。
【0046】
（１－３）第１パルスの出力が開始されてから安定化期間が経過した後に遅延期間ＴＤを算出することで、遅延期間ＴＤをより正確に算出できる。ひいては、遅延期間ＴＤの採用によって得られる効果の再現性が高まる。
【0047】
（１－４）基板Ｓが変わるごとに遅延期間ＴＤを算出することで、基板Ｓの交換に伴って処理環境が変化した場合でも、第１パルスの立ち上がりから起算して遅延期間ＴＤが経過した時点と、プラズマＰが生成開始する時点との差を小さくすることができる。
【0048】
［第１実施形態の変更例］
なお、上記第１実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・受光素子５０は、プラズマＰの生成開始を検知可能な構成であれば、フォトダイオードに限定されず、例えば、フォトトランジスタであってもよい。また、受光素子５０として、プラズマＰの発光に伴って電気抵抗が変化するフォトレジスタを用いてもよい。また、検知部として、受光素子５０に代えて、プラズマＰの発光に伴って発生する熱を検知する機構を用いてもよい。
なお、上記第１実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・受光素子５０は、プラズマＰの生成開始を検知可能な構成であれば、フォトダイオードに限定されず、例えば、フォトトランジスタであってもよい。また、受光素子５０として、プラズマＰの発光に伴って電気抵抗が変化するフォトレジスタを用いてもよい。また、検知部として、受光素子５０に代えて、プラズマＰの発光に伴って発生する熱を検知する機構を用いてもよい。
【0049】
【0050】
図６に示すように、プラズマ処理装置の一例であるエッチング装置６０は、受光素子５０を備えず、代わりに、アンテナ用整合器２２とアンテナ用電源２３との間に方向性結合器７０を備える。方向性結合器７０は、アンテナ用電源２３からの第１高周波電力の出力に伴って生じる反射電力の大きさを検出する。
【0051】
また、第２実施形態では、アンテナ用整合器２２は、一例として、固定容量キャパシタを備える。第２実施形態では、プラズマＰが生成されはじめたことによって反射電力が小さくなるように、アンテナ用整合器２２のマッチングポイントが予め設定される。
【0052】
方向性結合器７０は、プラズマＰが生成されはじめたことを検知するための検知部の一例である。方向性結合器７０は、プラズマＰが生成されはじめると、反射電力の減少を検知し、そして反射電力の減少を示す電気信号を受信部４５に送信する。すなわち、第２実施形態では、第１高周波電力の出力に伴って生じる反射電力が、プラズマＰの生成開始に伴って減少したことに基づいて、プラズマＰが生成されはじめたことを検知する。
【0053】
ここで、図７を参照して、ステップＳ１～Ｓ３における第１パルスと、第１高周波電力と、プラズマ密度と、反射電力との対応関係を説明する。
図７に示すグラフ３００中の曲線３０１は、第１パルスを表す。曲線３０１の形状は、図４に示す曲線１０１の形状と同一である。第１パルスは、時刻Ｔ０に立ち上がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１が開始される。その後、第１パルスは、時刻Ｔ１に立ち下がり、これにより第１オン期間ＴＯＮ１から第１オフ期間ＴＯFF１に切り替わる。そして、第１パルスは、時刻Ｔ２で再び立ち上がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１が再び開始される。
図７に示すグラフ３００中の曲線３０１は、第１パルスを表す。曲線３０１の形状は、図４に示す曲線１０１の形状と同一である。第１パルスは、時刻Ｔ０に立ち上がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１が開始される。その後、第１パルスは、時刻Ｔ１に立ち下がり、これにより第１オン期間ＴＯＮ１から第１オフ期間ＴＯFF１に切り替わる。そして、第１パルスは、時刻Ｔ２で再び立ち上がり、これによって第１オン期間ＴＯＮ１が再び開始される。
【0054】
曲線３０２は、第１高周波電力が出力されるタイミングを模式的に表す。曲線３０２の形状は、図４に示す曲線１０２の形状と同一である。第１高周波電力は、第１パルスが出力される時刻Ｔ０から、第１出力遅延期間ＴＤ１の分だけ遅れた時刻Ｔ３に出力が開始される。
【0055】
曲線３０３は、プラズマ密度の大きさを表す。曲線３０３の形状は、図４に示す曲線１０３の形状と同一である。プラズマＰは、第１高周波電力が出力される時刻Ｔ３から、プラズマ生成開始遅延期間ＴＤ２の分だけ遅れた時刻Ｔ４に生成されはじめる。プラズマＰは、第１パルスが出力される時刻Ｔ０から起算して、遅延期間ＴＤが経過したタイミングに生成されはじめる。
【0056】
グラフ３００中の曲線３０４は、方向性結合器７０において検出される反射電力の大きさを表す。時刻Ｔ３で第１高周波電力が出力されると、プラズマＰが生成されはじめるまでの間、アンテナ用電源２３の出力インピーダンスと、第１高周波電力が入力される負荷の入力インピーダンスとが異なるために反射電力が生じる。そして、時刻Ｔ４において、プラズマＰが生成されはじめると、負荷の入力インピーダンスがアンテナ用電源２３の出力インピーダンスに近づくことで、反射電力が減少する。そのため、プラズマＰが生成されはじめる時刻Ｔ４と、反射電力が減少するタイミングとが一致する。したがって、方向性結合器７０が反射電力の減少を検知したことに基づいて、プラズマＰが生成されはじめたことを検知できる。
【0057】
［第２実施形態の効果］
上記第２実施形態によれば以下に列挙する効果を得ることができる。
（２－１）プラズマＰの生成開始に伴って反射電力が減少するタイミングを検知することによっても、上記（１－１）、（１－３）、（１－４）、に準じた効果を得ることができる。
上記第２実施形態によれば以下に列挙する効果を得ることができる。
（２－１）プラズマＰの生成開始に伴って反射電力が減少するタイミングを検知することによっても、上記（１－１）、（１－３）、（１－４）、に準じた効果を得ることができる。
【0058】
［第２実施形態の変更例］
・アンテナ用整合器２２は、遅延期間ＴＤを算出する際に、プラズマＰが生成されはじめる時刻Ｔ４と、反射電力が減少するタイミングとが一致する構成であればその構成は限定されない。したがって、アンテナ用整合器２２が備えるキャパシタは、少なくともステップＳ１～Ｓ４までの間において、容量が一定であればよい。例えば、アンテナ用整合器２２が備えるキャパシタを、ステップＳ１～Ｓ４の間には容量が一定となるように制御し、かつ、ステップＳ５以降では容量が可変となるように制御してもよい。
・アンテナ用整合器２２は、遅延期間ＴＤを算出する際に、プラズマＰが生成されはじめる時刻Ｔ４と、反射電力が減少するタイミングとが一致する構成であればその構成は限定されない。したがって、アンテナ用整合器２２が備えるキャパシタは、少なくともステップＳ１～Ｓ４までの間において、容量が一定であればよい。例えば、アンテナ用整合器２２が備えるキャパシタを、ステップＳ１～Ｓ４の間には容量が一定となるように制御し、かつ、ステップＳ５以降では容量が可変となるように制御してもよい。
【0059】
［第１実施形態及び第２実施形態の変更例］
なお、上記第１実施形態及び第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
なお、上記第１実施形態及び第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
【0060】
・基板Ｓが交換されても遅延期間ＴＤが大きく変化しないことが予備試験などによって担保されているのであれば、基板Ｓが変わるごとに遅延期間ＴＤを算出しなくてもよい。この場合、１つの基板Ｓに対するプラズマ処理で算出された遅延期間ＴＤが、他の基板Ｓに対するプラズマ処理にも用いられる。
【0061】
・遅延期間ＴＤを精度よく算出できるのであれば、第１パルスの出力が開始されてから安定化期間が経過する前であっても、遅延期間ＴＤの算出を開始してもよい。例えば、安定化期間が経過する前に算出された遅延期間ＴＤが、安定化期間が経過した後に算出された遅延期間ＴＤと大きく変化しないことを予備試験などによって確認すれば、安定化期間が経過する前に遅延期間ＴＤを算出してもよい。
【0062】
・ＩＣＰアンテナ２１を構成するコイルは、例えば、１段でもよいし、３段以上であってもよい。
・プラズマ処理装置は、エッチング装置１０に限らず、例えば、成膜ガスから堆積物を生成する成膜装置、あるいは対象物の表面にプラズマＰを照射する表面処理装置であってもよい。
・プラズマ処理装置は、エッチング装置１０に限らず、例えば、成膜ガスから堆積物を生成する成膜装置、あるいは対象物の表面にプラズマＰを照射する表面処理装置であってもよい。
【符号の説明】
【0063】
Ｐ…プラズマ
Ｓ…基板
１０，６０…エッチング装置
２１…ＩＣＰアンテナ
２２…アンテナ用整合器
２３…アンテナ用電源
３１…バイアス電極
３２…バイアス用整合器
３３…バイアス用電源
４０…パルス生成部
４１…制御部
４１Ａ…演算部
４３…第１生成部
４４…第２生成部
５０…受光素子
７０…方向性結合器
Ｓ…基板
１０，６０…エッチング装置
２１…ＩＣＰアンテナ
２２…アンテナ用整合器
２３…アンテナ用電源
３１…バイアス電極
３２…バイアス用整合器
３３…バイアス用電源
４０…パルス生成部
４１…制御部
４１Ａ…演算部
４３…第１生成部
４４…第２生成部
５０…受光素子
７０…方向性結合器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】